ゲーマーとビデオゲーム技術が微生物研究を劇的に進化させる

バクテリアの進化的関係を追跡する

『ボーダーランズ3』内のミニゲーム「ボーダーランズサイエンス」をプレイすることで、プレイヤーは人間の腸内に生息する100万種類以上のバクテリアの進化的関係を追跡する手助けをしました。これには私たちの健康に重要な役割を果たすバクテリアも含まれます。この情報は、これまでに発見された微生物叢に関する知識の指数関数的な増加を示しています。異なる微生物の遺伝的構成要素を表すタイルを並べることで、最良のコンピュータアルゴリズムでも解決できなかったタスクを人間が遂行しました。研究者らは、1人の個人では解決できない科学パズルを解決するために、「ボーダーランズサイエンス」は100万の16SリボソームRNA配列を人間の微生物叢研究から得られたものとして報告しました。2020年4月7日のリリース以来、450万人以上のプレイヤーが1億3500万以上の科学パズルを解決しました。この結果、最先端の計算方法と比較して、微生物系統推定とUniFrac効果サイズの両方が改善されました。これにより、ハイパーゲーミフィケーションされた科学タスクが大規模な貢献者の群衆を引き付け、科学コミュニティに貴重な資源を提供することが示されました。

このプロジェクトはマギル大学の研究者らが主導し、受賞歴のあるインタラクティブエンターテインメント会社であるギアボックス・エンターテインメントと、ビデオゲームと科学をつなぐスイスのIT会社であるマシブリー・マルチプレイヤー・オンライン・サイエンス（MMOS）と共同で開発されました。また、カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の小児科、生物工学、コンピュータサイエンス＆エンジニアリング学部のロブ・ナイト博士（Rob Knight, PhD）が率いるMicrosetta Initiativeからの専門知識とゲノム資料のサポートも受けました。

人間が既存のアルゴリズムを改善し、将来の基盤を構築

ゲーマーは既存のDNA配列解析プログラムの結果を改善しただけでなく、将来使用される改良されたAIプログラムの基盤を築くのにも役立っています。マギル大学のコンピュータサイエンス学部准教授であり、『Nature Biotechnology』論文のシニア著者であるジェローム・ヴァルディシュプール（Jérôme Waldispühl）は、「ボーダーランズ3のプレイヤーが興味を持ち、既存の微生物進化に関する知識を改善できる結果が得られるかどうかわかりませんでしたが、結果には驚かされました」と述べています。「半日で、ボーダーランズサイエンスのプレイヤーは、我々の以前のゲーム『Phylo』が10年間で収集したデータの5倍を収集しました。」
商業的に成功したビデオゲームにDNA解析を統合するアイデアは、マギル大学のコンピュータサイエンス学部の客員教授であり、MMOSのCEO兼共同創設者であるアッティラ・サントナー（Attila Szantner）によって提案されました。
サントナーは、「世界人口のほぼ半分がビデオゲームをプレイしているため、この時間と知力を活用して価値を引き出す新しい創造的な方法を見つけることが重要です」と述べています。「ボーダーランズサイエンスは、ゲーム業界とそのコミュニティと協力して、時代の大きな課題に取り組むことでどこまで到達できるかを示しています。」
ギアボックス・エンターテインメントの創設者兼CEOであるランディ・ピッチフォード（Randy Pitchford）は、「ギアボックスの開発者は、ボーダーランズのプレイヤーが魅力的なゲーム内体験を通じて、インタラクティブでない技術やメディアでは実現不可能な科学データを生み出すことに熱心でした」と述べています。「ボーダーランズサイエンスが史上最大かつ最も成果を上げた市民科学プロジェクトの一つとなり、今後のビデオゲームで同様のプロジェクトの機会を予測し、ビデオゲームが世界に与えるポジティブな影響の限界を押し広げたことを誇りに思います。」

微生物と病気および生活習慣の関連性

私たちの体に住む数十兆の微生物は、人間の健康維持に重要な役割を果たします。しかし、微生物群は、食事、薬、生活習慣などの要因に応じて変化する可能性があります。関与する微生物の膨大な数のため、科学者たちはどの微生物がどの条件に影響を与えるかを特定する段階にまだ到達していません。このため、研究者のプロジェクトとゲーマーからの結果は非常に重要です。
UCSDの微生物叢イノベーションセンターのディレクターでもあるナイト博士は、「この情報を使用して、特定の種類の微生物が私たちの食事、老化、炎症性腸疾患からアルツハイマー病までの多くの病気にどのように関与しているかを関連付けることができると期待しています」と述べています。「進化は機能の素晴らしいガイドであるため、微生物間の関係をより良く把握することで、それらが体内外で何をしているかをより正確に理解できるようになります。」

知識を進展させるためのコミュニティの構築

「ここでは、450万人の人々が科学に貢献しました。ある意味では、この結果は彼らのものでもあり、誇りに思うべきです」とヴァルディシュプールは述べています。「これは、一般の人々が科学について抱く恐れや誤解に立ち向かい、知識を進展させるために共同で働くコミュニティを構築できることを示しています。」

Microsetta Initiativeの科学ディレクターであるダニエル・マクドナルドは、「ボーダーランズサイエンスは、市民科学者と新しい重要な問題に取り組むための素晴らしい機会を生み出しました」と述べています。「これらの結果は、オープンアクセスデータの素晴らしい価値と、科学的取り組みでの包括的な慣行によって可能になる規模を示しています。」

マギル大学について

1821年にケベック州モントリオールに設立されたマギル大学は、カナダのトップランクの医療博士大学です。マギル大学は国内外で一貫してトップランクの大学にランクされています。研究活動は3つのキャンパス、12の学部、14の専門学校、300の学位プログラム、39,000人以上の学生を擁し、うち10,400人以上は大学院生です。マギル大学は世界150カ国以上から学生を受け入れており、国際学生が学生数の30％を占めています。マギル大学の学生の半数以上は英語以外の言語を第一言語としており、約20％の学生は母国語としてフランス語を話します。

Microsetta Initiativeについて

Microsetta Initiative（TMI）は、UCSDのナイト研究室および微生物叢イノベーションセンター（CMI）に拠点を置く高度に協力的な微生物叢研究プロジェクトです。このイニシアチブの起源は、アメリカの腸プロジェクト（2012年）および英国の腸プロジェクト（2014年）であり、それぞれ米国と英国の参加者から提供された微生物叢データの収集を目的とした地域限定の取り組みでした。TMIは、より広い地理的範囲をサポートするための国際拡大努力のための枠組みを提供する次の自然なステップとなりました。「Microsetta」という名前は、19世紀に学者たちがヒエログリフの解読コードを解読するのに役立ったロゼッタ・ストーンに概念的に関連しています。同様に、TMIの成果は、特定の集団の微生物叢リファレンスの利用可能性を拡大し、1つの集団からの微生物叢結果が他の集団にどのように翻訳されるかを研究者が問うことができるようになります。

Massively Multiplayer Online Scienceについて

Massively Multiplayer Online Science（MMOS）は、市民科学とゲームに革新をもたらし、主要なビデオゲームに市民科学のマイクロタスクを導入することで、科学を進展させ、学術研究とビデオゲーム業界のつながりを強化するスイスのスタートアップです。過去10年間で、MMOSは、EVE OnlineのProject Discoveryやボーダーランズ3のBorderlands Scienceなど、受賞歴のあるプロジェクトを立ち上げました。これらの科学ミニゲームは500万人以上のプレイヤーを引き付け、科学の進歩に900万件以上のプレイヤー投稿で貢献し、ニューヨーカーから『Nature Biotechnology』の表紙まで、世界的なメディアの称賛を受け、いくつかのドキュメンタリーで紹介され、Lovie Awardやジュネーブ大学のInnovation Award、IGDA Community Leadership Awardなどの賞を受賞しました。CEO兼共同創設者のアッティラ・サントナーは、マギル大学コンピュータサイエンス学部の客員教授でもあります。詳細はこちらをご覧ください。

この研究は、ビデオゲームを通じて一般市民が科学研究に貢献できる新しい方法を示しています。『ボーダーランズ3』のミニゲームを通じて、450万人以上のプレイヤーが微生物叢の進化的関係を明らかにし、将来のAIプログラムの基盤を築く手助けをしました。このプロジェクトは、科学とゲーム業界の協力の可能性を示し、科学に対する一般の関心と参加を促進する重要なステップとなるでしょう。

[News release][Nature Biotechnology article]